鍋爐給水泵出力不足的問題分析與改進

劉 麗，游 鵬，袁道朵，陳升志

（首鋼水城鋼鐵（集團）有限責任公司，貴州六盤水 553028）

前言

首鋼水鋼總日發電量360 萬kWh，其中13#發電機日發電量約120 萬kWh，占總日發電量的1/3，保障13#鍋爐的穩定運行成為保障發電量的重要途徑。給水泵作為鍋爐重要輔助設備為鍋爐輸送水源，近半年來，給水泵的出力持續下降，導致鍋爐長期低負荷運行，發電量降低。如何提高系統穩定性、恢復給水泵設備性能、保障鍋爐高負荷運行、提高發電量，成為當務之急。

1 鍋爐給水工藝流程

13#鍋爐給水泵采用HDG 型高壓鍋爐給水泵，為單殼體節段式多級離心泵，其中平衡機構主要由平衡盤、平衡套、平衡套壓板等構成。這種平衡機構工作的穩定性與產品運行的可靠性及其壽命有著極為密切的關系，平衡機構可以平衡絕大部分軸向力。軸端密封采用機械密封，機械密封使用方便、壽命長、泄漏量少。

13#鍋爐給水工藝流程圖如圖1所示，鍋爐給水泵的作用就是調節并穩定給水的壓力和流量，其任務是使除氧器儲水箱內具有一定溫度、除過氧的給水，提高壓力后輸送給鍋爐，以滿足鍋爐用水的需求，給水泵相當于整個鍋爐水系統的心臟。

圖1 13#鍋爐給水工藝流程圖

2 運行現狀

13#鍋爐給水泵正常運行中，給水壓力穩定在19.5 MPa 左右，給水流量穩定在170 t/h 左右，給水泵電機電流穩定在94 A 左右，該工況下能保證13#發電機功率基本維持在50 MW以上高負荷運行。

近半年以來給水壓力持續降低，6 月份最低時為15.9 MPa，而給水壓力低于17 MPa 時，會聯鎖啟用備用泵，導致聯鎖不能正常投用，存在給水泵的安全運行隱患。

給水流量持續降低，6 月份最低時為120 t/h，基本只能維持在140～150 t/h 運行，導致鍋爐長期只能低負荷運行。

給水泵電機電流持續升高，給水泵電機額定電流為115.2 A，聯鎖值為115 A，3 月份最高達到115.4 A，觸發聯鎖停機，給水泵存在安全穩定運行隱患。

給水泵壓力、流量均持續下降，發電機負荷也隨之持續降低，發電機功率只能維持在43～47 MW之間運行。

3 原因分析與排查

當給水泵給水壓力和流量均達不到運行要求、電機電流持續升高時，首先考慮電機運行參數是否符合技術指標［1］，其次考慮給水管路是否有泄漏或堵塞的問題［2］，最后再考慮給水泵設備性能。以此思路依次對電機、管路和給水泵進行了排查。

3.1 電機排查

為排查電機運行參數是否符合技術指標，對給水泵電機三相電流和空轉電流進行排查發現，三相電流基本平衡、空轉電流在30%以內，全部符合技術指標，排除電機問題。

3.2 管路排查

管路排查首先從各個疏水管是否泄漏開始排查，通過排查所有疏水管及閥門，逐一排查發現全為常溫狀態，說明疏水管無泄漏、閥門開關無掉脫，排除疏水管或閥門泄漏的可能性。

進一步排查給水再循環調節管路是否泄漏，將給水再循環調節閥手動門關死，一段時間后通過觸摸、觀察發現管道為常溫狀態，且閥門開關無掉脫，說明該段管路及閥門均無泄漏。

為排除給水水質不合格這一影響因素，將給水泵入口過濾器打開排查，發現過濾器無結垢無堵塞現象（如圖2），由此確定給水水質合格，故排除這一影響因素。

圖2 入口過濾器

3.3 給水泵排查

3.3.1 冷卻室排查

排除管路泄漏的問題后，思路轉向給水泵本體各部件的排查［3］。排查過程中發現給水泵出水口大端蓋處有水泄漏的情況（如圖3），則判斷給水泵機封可能損壞，導致密封不嚴造成漏水。隨即分別對給水泵進、出水口端蓋冷卻室進行檢查，發現冷卻室進、出水口存在不同程度的結垢堵塞，則考慮是由于給水泵機封冷卻水水質不好造成堵塞［4］，導致機封長時間冷卻效果不佳，高溫運行損壞給水泵密封部件。

圖3 給水泵端蓋

3.3.2 平衡裝置排查

從給水泵安裝說明書得知，給水泵運行過程中平衡壓力一般不高于進水壓力0.3 MPa。對進水壓力和平衡壓力進行監測發現，進水壓力基本穩定在0.5～0.55 MPa，平衡壓力最高達到2.3 MPa，兩者差值達到1.8 MPa，遠遠超過規定值0.3 MPa，則考慮是給水泵出現內漏、葉輪間隙過大或葉輪出現穿孔，導致給水泵電機電流不斷升高，給水泵出力逐漸下降。

通過對給水泵本體的排查，基本可以判斷造成給水泵出力不足的主要原因是泵體部件損壞。

4 改進方案

針對給水泵機封冷卻室結垢堵塞和平衡壓力過高的問題，根據難易程度提出了冷卻室除垢、冷卻水系統改造、冷卻器改造和泵體功能恢復幾個實踐方案。

4.1 冷卻室除垢

為了保證給水泵冷卻效果，首先考慮解決冷卻室結垢堵塞的問題，首先對工業水水質指標進行分析，確定結垢原因，采取相應的除垢辦法。

工業水水質化驗結果顯示懸浮物在20～25 mg/L之間，硬度在250～300 mg/L 之間，是造成結垢的兩個主要指標，給水溫度通常在200 ℃左右，溫度越高越容易結垢，多方面原因共同作用下造成水泵機封冷卻室結垢堵塞。

為解決該問題，首先考慮采用高壓水槍沖洗除垢辦法，利用高流速的水沖擊力除垢，但實踐后基本無效果。而后考慮采用酸洗方法除垢，根據計算及經驗利用濃鹽酸溶解污垢，實踐后發現只溶解了極小部分水垢，除垢效果不明顯。

兩種除垢方案實踐后并未達到較為理想的除垢效果。

4.2 冷卻水系統改造

結合冷卻室結垢堵塞的問題分析，進一步考慮同樣采用工業水進行冷卻的機封冷卻器內部是否也存在結垢問題，共同影響機封冷卻效果。改造后機封冷卻水系統流程圖見圖4。

圖4 機封冷卻水系統流程圖

因工業水水質較差，考慮改用除鹽水作為機封冷卻水，經過初步計算得出除鹽水制水能力能夠滿足給水泵機封冷卻水用量，且能夠實現能源的梯級利用和循環利用。除鹽水中懸浮物和硬度都為零，考慮給水泵入口過濾器無結垢無堵塞，確定將機封冷卻水改用為除鹽水。除鹽原水硬度3.5～4 mg/L、懸浮物不超過20 mg/L，除鹽凈水硬度為0、懸浮物不超過5 mg/L，日常運行基本維持在1 mg/L以內。

使用工業水作為機封冷卻水時，高溫冷卻水直接進入排水口，沒有循環利用。改用除鹽水后，冷卻水出口直接引入6#低壓加熱器加熱后，回到除氧器，相當于增加了一條除鹽水的旁通補水管路，對整個系統的穩定運行不產生影響。

4.3 冷卻器改造

由于日常運行過程中，常常摸到機封冷卻器出口管上溫度較高，給水泵入口端冷卻器出口水溫為30 ℃左右，給水泵出口端冷卻器出口水溫為55 ℃左右，判斷蛇形管冷卻器可能冷卻效果較差，且之前采用的工業水作為冷卻水，蛇形管套管中間可能已經結垢，影響換熱效率。

故而考慮將冷卻器改造為罐式冷卻器，降低冷卻水的流速，提高換熱效率，增強冷卻效果。

4.4 泵體功能恢復

做了一系列工作后發現平衡壓力仍居高不下，則考慮泵體出現機封損壞、葉輪磨損、氣蝕、腐蝕或損壞等可能，故決定對給水泵進行功能恢復。6 月30日將1#給水泵更換為新給水泵，后期再對原泵解體檢查。

泵的拆卸過程中對每一個部件都嚴格保證質量，包括油管路、聯軸器、軸瓦、轉子以及平衡裝置等均達到拆卸質量要求。

5 取得成效

5.1 機組運行穩定性

5.1.1 給水壓力

前后對比得出，改造后給水壓力可以持續穩定在19.5 MPa 左右運行，較更換前提升3.5 MPa 左右，并且實現兩臺給水泵之間的聯鎖可以正常投用，保障了給水泵及鍋爐的安全穩定運行。

5.1.2 給水流量

改造后給水流量可以持續穩定在170 t/h 左右運行，較改造前給水流量提升20～30 t/h。鍋爐能夠高負荷運行，主蒸汽量能夠維持在150 t/h左右。

5.1.3 給水泵電機電流

改造后給水泵電機電流可以持續穩定在94 A左右，較改造前降低了10 A，能夠保障給水泵安全運行。

5.1.4 冷卻效果

改造前的機封冷卻系統冷卻效果不佳，對給水泵機封冷卻室和冷卻器改造后，給水泵入口端冷卻器出口水溫為26 ℃左右，給水泵出口端冷卻器出口水溫為35 ℃左右，較改造前大大提升了冷卻效果。改造前后冷卻器出口水溫對比數據見表1。

表1 改造前后冷卻器出口水溫對比

5.1.5 平衡壓力

更換泵體后平衡壓力與泵入口壓力基本一致，保證了給水泵的安全穩定運行，也進一步確定給水泵本體內部損壞是造成平衡壓力過大的主要原因。

5.2 機組運行經濟性

排除煤氣壓力波動產生的影響，改造后13#發電機功率可以持續穩定在50～52 MW 之間高負荷運行，較改造前發電量提高了約14.4 萬kWh/d，折合經濟效益9.36萬元/d。

6 總結

給水泵作為鍋爐系統的心臟，其給水壓力、給水流量、電機電流、機封冷卻以及平衡裝置等因素，都決定了鍋爐是否能安全穩定高效運行。通過不斷探索與實踐，發現起決定性作用的是給水泵的密封裝置。機械密封的破壞不僅會造成水的外泄，更重要的是會造成空氣進入泵體，所以不管是在安裝、調試、正常運轉，還是維修過程中都應防止機械密封的泄漏，避免因給水泵抽空、氣蝕或較長時間憋壓導致密封破壞，對泵體內部件造成不可逆的損傷。